一、电流为什么会在轴承中产生不同的腐蚀现象?
当滚动接触面成为电流的导电路径时,可能会导致轴承损伤。目前,已有许多文献探讨过这个现象,讨论主题包括电腐蚀的成因和对策。轴承的摩擦学机制决定了滚动接触的电气行为和可能的后果。
1、当轴承处于静止状态时,具有较低的电阻,这时轴承处于导电状态。由于金属与金属的电接触相对较好,只有非常高的电流(如焊接电流)才能破坏滚道表面。
2、如果处于电阻值更高的混合润滑状态,轴承则呈现电阻状态。在这种情况下,很小的电流就可能对轴承构成危险。
3、当轴承处于完全薄膜润滑状态,这时轴承呈现电容状态,类似于具有特定击穿电压的电容器。如果在接触区域的润滑膜中施加的电场强度足够高(超过阈值),将发生被称为EDM的局部放电现象。 所有轴承电流损伤案例有一个共同之处:滚道的接触区域局部熔化,并且该区域钢材的材料特性发生变化,另外,润滑剂的特性可能也会改变。这会造成滚道和润滑损伤,对轴承性能产生负面影响,并因此导致磨损和轴承振动加剧。
二、绝缘轴承解决过电流的原理与轴承处理方案
绝缘轴承在轴承外圈或内圈的外表面涂覆电绝缘涂层,从而将绝缘性能集成到轴承中,不依靠不可控的润滑剂绝缘性能来绝缘,同时通过涂层增大绝缘性能。
涂层材料为氧化物陶瓷,通过热喷涂工艺涂覆在轴承上。最常使用的是纯氧化铝。有时,由于希望涂层具有不同的电气性能和机械性能,则使用氧化物混合物。在喷涂过程中,通过热等离子体流输送氧化物颗粒,前者会将后者熔化。热气或等离子流将大部分融化的颗粒输送到经预处理的基材上,氧化物颗粒在此冷却并形成所需的涂层。
下图显示了轴承外圈上涂层的微观结构。
在喷涂之后,涂层出现一定数量的互相连通的开放孔隙,这是热喷涂涂层的共同特性。孔隙的数量和外观很大程度上取决于涂层工艺。不难理解的是,孔隙闭合,即“密封”在热喷涂加工中是至关重要的。这有助于降低腐蚀风险,改善机械性能并保持绝缘性能。在潮湿气候条件下,以上性能提升非常重要。下图显示了封闭孔隙的一个例子,这是一个在热喷涂层中与较小的孔隙互相连通的典型孔隙。
就电绝缘热喷涂涂层而言,最实用的措施是采用有机密封剂密封。可选的密封剂在粘度、固化温度、挥发特性、收缩率等方面具有不同的特性。需要对整个工艺过程、热喷涂和密封过程进行全面评估,以达到所需的涂层性能。